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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Localisateur acoustique pour la voiture. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Voiture. Appareils électroniques En conduisant en marche arrière, le conducteur de la voiture ne peut pas voir une certaine zone de l'espace routier. Cette zone a une longueur allant jusqu'à deux mètres et peut contenir des personnes ou des animaux, ainsi que des objets qui gênent le mouvement. Les progrès de la technologie moderne permettent de créer des dispositifs spéciaux permettant de visualiser l'espace spécifié et d'informer le conducteur si des objets sont rencontrés sur le chemin de la voiture. Ce problème est résolu de la manière la plus optimale à l’aide de la localisation acoustique pulsée. Des tentatives réussies pour construire de tels dispositifs sont connues (voir, par exemple, le livre Siga X., Mizutani S. "Introduction to Automotive Electronics". - M. : Mir, 1989). Cependant, en raison de leur complexité et de leur coût élevé, ces localisateurs n’ont pas encore été largement utilisés. Le localisateur acoustique proposé aux lecteurs est basé sur le microcontrôleur Z8. C'est simple, pratique pour la répétition par les radioamateurs. Avec le raffinement approprié du programme et de la conception, il peut être utilisé comme un assistant indispensable pour les aveugles, des dispositifs de sécurité, un échosondeur portable pour un pêcheur amateur, un indicateur de niveau de liquide sans contact, etc. Le diagramme schématique du localisateur est présenté sur la fig. 1. Sa base est un microcontrôleur (MK) Z86E0208PSC (DD1).
Le circuit de synchronisation externe du MK se compose d'un résonateur à quartz ZQ1 à une fréquence de 8 MHz et de condensateurs C3. C4. L'émetteur d'ultrasons BQ3 est connecté directement aux broches du port P2 du MK. L'amplitude de la tension d'excitation à l'entrée de l'émetteur est de 10 V. La durée du train d'impulsions est de 1 ms. Le signal réfléchi reçu par le récepteur ultrasonique BQ1 est envoyé à l'entrée d'un amplificateur résonant à trois étages réalisé sur les transistors VT1-VT3. À partir de sa sortie, un signal avec une composante constante de 2.5 V est envoyé à l'entrée non inverseuse (P32) du comparateur intégré MK. Une tension exemplaire de 2.7 V est fournie à l'entrée inverseuse du comparateur (RZZ) à partir du diviseur R1R3. ce qui assure la sélection d'un signal réfléchi utile au niveau des interférences reçues. Le circuit de tension de référence est en outre protégé contre les interférences par une diode de limitation VD1 et un condensateur C1. Les diodes VD2 et VD3 limitent la valeur instantanée du signal réfléchi aux niveaux de 0 et 5 V. Un signal sonore avertissant le conducteur de la présence d'un obstacle dans la zone invisible est généré par l'émetteur piézoélectrique BQ2. connecté via une résistance R16 directement aux broches du port P2 du MK. Le localisateur est alimenté par une tension de 12 ± 2.5 V provenant des feux de recul de la voiture. La puce DA1 stabilise la tension d'alimentation à un niveau de 5 V, nécessaire au fonctionnement normal du MK. Un filtre est installé dans le circuit d'alimentation de l'appareil, composé des condensateurs C2, C8, C13 et de la résistance R6. Le principe de fonctionnement du localisateur est basé sur l'émission d'une rafale d'impulsions de fréquence ultrasonore et la réception ultérieure d'un signal réfléchi par un obstacle. Le temps écoulé entre le moment de l'émission et le moment de la réception du signal réfléchi est directement proportionnel à la distance à l'objet. En fonction de la distance, le localisateur génère l'un des deux sons d'avertissement : si elle est inférieure à 1 m, des rafales de tonalités fréquentes sont générées, si de 1 à 2 m - rares. A une distance de plus de 2 m, il n'y a aucun signal sonore. Le temps d'attente du signal réfléchi est de 60 ms, après quoi la prochaine rafale d'impulsions est émise et le processus est répété. Le fonctionnement du dispositif est expliqué plus en détail par le graphique [1], présenté sur la Fig. 2 Il comprend quatre sommets - états : ENVOYER (TRANSFERT) - la formation d'une rafale ultrasonique d'impulsions ; PRESSE (SUPPRESSION) - suppression de l'émetteur de bruit arrière ; ATTENDRE (ATTENDRE) - attendre le signal réfléchi et COMPTER (CALCUL) - calculer la distance jusqu'à l'objet.
Les transitions entre les états, représentées par les arcs du graphique, sont provoquées par les événements directs (indiqués par une lettre) et indirects (deux lettres selon la transition) suivants : t (minuterie - minuterie) - fonctionnement de la minuterie MK , c (comparateur - comparateur) - fonctionnement du comparateur MK, ws (attendre - envoyer) - fin d'attente du signal réfléchi, cs (compter - envoyer) - fin du calcul de la distance à l'objet et pw (appuyer sur - attendre) - fin du compte à rebours du temps de suppression. Lorsque l'appareil est allumé, l'appareil se réinitialise automatiquement et l'état SEND est initialisé. La fonction principale de cet état est de permettre la formation d'une rafale ultrasonore d'impulsions d'une durée de 1 ms. Lorsqu'elle est déclenchée, la minuterie MK met l'appareil dans l'état PRESS, dans lequel il ne répond pas au signal réfléchi reçu. La durée du séjour dans cet état est déterminée par le nombre d'opérations de minuterie, qui peut être modifié en fonction du type de transducteur ultrasonique utilisé. À la fin du compte à rebours du temps de suppression, l'opération de minuterie suivante place l'appareil dans l'état WAIT. Dans l'état WAIT, le localisateur attend l'arrivée d'un signal réfléchi utile, qui déclenche le comparateur MK. mémorisation du temps écoulé entre l'envoi et la réception d'un signal utile et passage à l'état COUNT. Le processus de comptage du temps dans l'état WAIT est synchronisé par le fonctionnement de la minuterie MK toutes les millisecondes. Si après 60 ms dans cet état le comparateur MK ne fonctionne pas, l'appareil passe à nouveau à l'état SEND. Lorsque le comparateur se déclenche, il passe à l'état COUNT. Dans l'état COUNT, le localisateur continue de compter l'intervalle de temps de 60 ms. Ensuite, sur la base du temps précédemment enregistré entre le moment de l'envoi et le moment de la réception du signal, la distance jusqu'à l'objet est calculée. Conformément au résultat du calcul, l'appareil contrôle l'émission d'un signal sonore avec l'intervalle « signal-pause » requis. Une fois les calculs terminés, il passe à l'état SEND. De plus, le cycle de fonctionnement est répété. Tous les condensateurs céramiques et oxydes de petite taille peuvent être utilisés dans le localisateur. La bobine L1 est enroulée sur un cadre unifié en une seule section d'un diamètre de 8 et d'une longueur de section d'enroulement de 7 mm. Coupe-bordure - ferrite (100НН) d'un diamètre de 2,8 et d'une longueur de 12 mm. La bobine contient 860 tours, enroulés tour à tour avec du fil PEL 0,15 (inductance 4.4 mH). Résistance R2 - SP5-2 ou tout autre trimmer multitours de petite taille. Émetteur sonore piézocéramique BQ2 - ЗП-22 ou similaire. Transistor VT1. VT3 - n'importe lequel des séries KT3102. VT2 - n'importe lequel des séries KT3107. L'émetteur ultrasonique BQ3 et le récepteur BQ1 sont identiques. Dans la version de l'auteur, on utilise des transducteurs à ultrasons du dispositif de sécurité Echo-2 produits par l'industrie ; il est possible d'utiliser n'importe quel transducteur piézocéramique approprié, y compris ceux de fabrication artisanale, avec les mêmes fréquences de fonctionnement dans la gamme de 36... 38 kHz [2]. Pour les connecter, des connecteurs DJK importés sont utilisés (leurs prises DJK-2MR sont installées sur la carte et les câbles de connexion sont fournis avec des fiches DJK-2F). Les codes "firmware" ROM MK sont indiqués dans le tableau. La quantité de code de programme est de 242 octets.
Structurellement, le localisateur se compose d'une unité électronique et d'un émetteur et d'un récepteur de même conception. 3.
La carte est placée dans un boîtier en plastique du concepteur radio "Communication Device" fabriqué par JSC "Novgorod Machine-Building Plant". L'apparence du localisateur assemblé est illustrée à la fig. 4.
Pour réduire l'effet acoustique de l'émetteur sur le récepteur d'ultrasons, leurs parcours acoustiques sont réalisés sous forme de cornet. Le klaxon, en outre, fait correspondre l'impédance relativement élevée du transducteur avec une impédance de charge plutôt faible, c'est-à-dire l'air (3). Le cornet exponentiel le plus efficace, dont la section transversale varie selon la loi S = S0em, où S est la section transversale du cornet à une distance x du transducteur , S0 est la surface del'entrée du cornet (à x = 0), c'est-à-dire la surface du transducteur, m est le coefficient de dilatation du cornet, qui dépend de la fréquence de fonctionnement ( pour 35 kHz, m = 0,17 mm-1). À la maison, le moyen le plus simple est de fabriquer une corne dont la section transversale a la forme d'un cercle. Sachant que l'aire du cercle est πD2/4, calculez le diamètre du cornet en utilisant la formule ci-dessus à différentes distances x du transducteur (x peut être limité à 15...20 mm). Ensuite, selon les valeurs obtenues, un profil longitudinal de la corne est dessiné sur papier et un gabarit est réalisé en carton épais ou en fer blanc. Les cornes elles-mêmes sont réalisées à l'aide de ce gabarit en mousse rigide. Les surfaces des pavillons finis sont recouvertes de peinture pour leur conférer de meilleures propriétés acoustiques. Pour se protéger de l'action atmosphérique, les klaxons sont placés dans des capots de protection équipés de supports à installer sur le pare-chocs arrière de la voiture. Il est pratique d'utiliser des boîtiers de câblage en plastique comme boîtiers. Les supports sont en tôle d'acier. Les espaces entre le boîtier et le pavillon sont remplis de résine époxy et toute la structure est recouverte de plusieurs couches d'émail synthétique résistant aux intempéries. La mise en place de l'appareil commence par la vérification de l'installation pour des connexions fiables et l'absence de courts-circuits. Avant d'installer le MK, il est conseillé de vérifier le fonctionnement du stabilisateur de tension et de l'amplificateur de signal ultrasonore. Pour ce faire, connectez l'alimentation et mesurez la tension sur la broche 5 du panneau MK. Elle doit être comprise entre 5 ± 0.3 V. Mesurez ensuite la tension constante à la borne 9 du panneau MK (2.5 V ± 10 %) et. en connectant un voltmètre à sa sortie 10. réglez la tension de 2 ... 0.2 V de plus que la première avec une résistance d'ajustement R0.3. De plus, en connectant l'entrée de l'oscilloscope à la borne 9 du panneau MK et en appliquant un signal sinusoïdal d'une fréquence de 37 kHz et d'une amplitude de 3 mV à l'entrée de l'amplificateur, un signal d'une amplitude de 4.5 V est observé sur l'écran de l'oscilloscope. En ajustant l'inductance de la bobine L1, le gain maximum est obtenu à la fréquence spécifiée. Après cela, hors tension, un MC préprogrammé est installé dans le panneau et l'appareil est connecté à l'émetteur et au récepteur. Si l'appareil ne fonctionne pas à la mise sous tension, connectez l'entrée de l'oscilloscope (avec une résistance d'entrée d'au moins 10 MΩ) à la borne XTAL2 (broche 6) du microcircuit DD1 et vérifiez si le générateur d'horloge MK est excité. L'absence d'oscillations d'une forme d'onde sinusoïdale d'une fréquence de 8 MHz indique que le générateur n'est pas auto-excité. Dans ce cas, vous devez vérifier le résonateur à quartz ZQ1 et les condensateurs C3 et C4. Lorsqu'il est installé sur une voiture, le localisateur sera placé à l'intérieur de l'habitacle et les transducteurs ultrasoniques - sur le pare-chocs arrière à une distance d'au moins 0.6 m les uns des autres. Cette distance permet d'obtenir une largeur de zone de travail du localisateur égale à 2 m en la modifiant. Vous pouvez également ajuster la largeur de cette zone. littérature
Auteur : M.Gladstein, M.Sharov
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